[发明专利]一种氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种葡萄糖氧化酶-氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极，其特征在于：包括葡萄糖氧化酶(1)、氮掺杂二氧化钛纳米管阵列(2)和钛基片(3)；所述葡萄糖氧化酶(1)固定化于氮掺杂二氧化钛纳米管阵列(2)的管口表面；所述氮掺杂二氧化钛纳米管阵列(2)垂直排列在钛基片(3)上面，氮掺杂二氧化钛纳米管管底与钛基片(3)表面连接并形成一整体结构。

2.根据权利要求1所述的一种葡萄糖氧化酶-氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极，其特征在于：所述氮掺杂二氧化钛纳米管阵列(2)的管内直径为60-100nm，管壁厚度为20-40nm；所述钛基片(3)的厚度为50-200μm。

3.权利要求1至2任一项所述的葡萄糖氧化酶-氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)采用恒电压阳极氧化法合成二氧化钛纳米管阵列：在二电极电化学反应体系中，以钛片作为阳极、铂片作为阴极，以乙二醇、水、氟化铵的混合液为反应电解液，进行阳极氧化反应，制得无定形态的有序结构二氧化钛纳米管阵列；

(2)高温煅烧处理：将无定形态的有序结构二氧化钛纳米管阵列置于马弗炉中进行高温煅烧处理，制得晶体相的二氧化钛纳米管阵列；

(3)高温氮掺杂处理：将晶体相的二氧化钛纳米管阵列置于管式气氛炉中，在氨气气氛下进行高温氮掺杂处理，制得氮掺杂二氧化钛纳米管阵列；

(4)改进交联法酶固定化工艺制备葡萄糖氧化酶-氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极：以牛血清白蛋白-戊二醛为交联剂，采用改进交联法酶固定化工艺将葡萄糖氧化酶固定化于吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交联剂的氮掺杂二氧化钛纳米管阵列管口表面，即得葡萄糖氧化酶-氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极，具体步骤如下：

(4.1)将20-30mg牛血清白蛋白与0.05-0.15mL质量百分数25％的戊二醛水溶液一起溶解于1mL磷酸盐缓冲溶液中，制得交联剂混合溶液；将20-30mg葡萄糖氧化酶溶解于1mL磷酸盐缓冲溶液中，制得酶溶液；将氮掺杂二氧化钛纳米管阵列材料浸泡在磷酸盐缓冲溶液中，使氮掺杂二氧化钛纳米管阵列材料形成一个湿润的亲水性表面；

(4.2)取交联剂混合溶液涂抹于氮掺杂二氧化钛纳米管阵列表面，然后在空气气氛中静置5-15min进行表面吸附，制得吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交联剂的氮掺杂二氧化钛纳米管阵列；

(4.3)取酶溶液涂抹于吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交联剂的氮掺杂二氧化钛纳米管阵列表面，于4℃下静置8-24h通过交联反应固定化葡萄糖氧化酶；再浸泡于磷酸盐缓冲溶液中以去除未固定化的葡萄糖氧化酶，最后在室温下干燥，制得葡萄糖氧化酶-氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极。

4.根据权利要求3所述的葡萄糖氧化酶-氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述恒电压阳极氧化法条件为：氧化电压为60V，氧化时间为1-3h，反应温度为23-27℃；反应电解液为含有水和氟化铵的乙二醇有机溶液，水的质量分数为0.9-2.7％，氟化铵的质量分数为0.2-0.3％。

5.根据权利要求3所述的葡萄糖氧化酶-氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，高温煅烧处理温度为400-500℃，时间为2-3h。

6.根据权利要求3所述的葡萄糖氧化酶-氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，氨气浓度为99.6％，氨气流量为30-50mL/min；高温氮掺杂处理条件为：从室温到300℃升温，升温速率为4-6℃/min；从300到550℃升温，升温速率为1-3℃/min；550℃恒温反应2-3h；步骤(4)中，磷酸盐缓冲溶液的浓度均为0.2M，pH值均为6.8。

7.权利要求1至2任一项所述的葡萄糖氧化酶-氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极在葡萄糖生物传感器中的应用。

8.权利要求1至2任一项所述的葡萄糖氧化酶-氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极在葡萄糖检测中的应用。

9.权利要求1至2任一项所述的葡萄糖氧化酶-氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极在葡萄糖生物酶燃料电池中的应用。

10.权利要求1至2所述的葡萄糖氧化酶-氮掺杂二氧化钛纳米管阵列酶电极在葡萄糖生物酶电池产电中的应用。